An AC-DC Topology Based on an Interleaved Modular Multilevel Converter Feasible to Solid-State Transformer Applications - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2019

An AC-DC Topology Based on an Interleaved Modular Multilevel Converter Feasible to Solid-State Transformer Applications

Une Topologie CA-CC Baseé sur un Convertisseur Modulaire Multiniveau Entrelacé Faisible à Applications de Transformateur d’Électronique de Puissance

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Abstract

This work aims to present thetheoretical study, the numerical analysis and theexperimental validation of a power electronicsconverter topology based on an interleavedmodular multilevel converter with mediumfrequencytransformer. The architecture issuitable for the AC-DC stage in solid-statetransformer applications for the connectionbetween a medium-voltage AC grid and a lowvoltageDC grid. The interleaving reduces theswitch conduction losses. The 10 kHz mediumfrequencytransformer provides galvanicisolation and connects the interleaved modularmultilevel converter to a full-bridge converter.From the converter structure, the principle ofoperation, the modeling, the modulationtechnique, and the control scheme are discussed.One feature of the converter is the simultaneousgeneration of the low-frequency grid voltageand the medium-frequency transformer primaryvoltage. The capacitor voltage balancing and thecirculating currents minimization are combinedtogether in a single algorithm. The controlsystem regulates the AC current and the DC busvoltage, on the high-voltage side, and the DCvoltage and power flow, on the low voltage side.The experimental validation of the converter ismade with a scaled-down single-phase 720 Wprototype. The results demonstrate the controlsystem stability in steady-state and dynamic(load step, power flow inversion) operations.
Ce travail concerne l'étude théorique,l’analyse numérique et la validationexpérimentale d'une topologie de convertisseurd’électronique de puissance basée sur unconvertisseur multiniveau modulaire entrelacéavec transformateur moyenne fréquence.L’architecture est adaptée pour l’étage deconversion AC-DC dans les applications detransformateur d'électronique de puissance pourla connexion entre un réseau alternatif moyennetension et un réseau continu basse tension.L’entrelacement réduit les pertes par conductiondans les interrupteurs. Le transformateurmoyenne fréquence 10 kHz assure une isolationgalvanique et connecte le convertisseurmultiniveau modulaire entrelacé à unconvertisseur pont complet. Avec comme pointde départ la structure, le principe defonctionnement, la modélisation, la technique demodulation et le schéma de commande sontdiscutés. Une caractéristique du convertisseur estla génération simultanée de la tension du réseaubasse fréquence et de la tension primaire dutransformateur moyenne fréquence.L'équilibrage de la tension des condensateurs etla minimisation du courant de circulation sontcombinés dans un seul algorithme. La commanderégule le courant alternatif et la tension du buscontinu, du côté haute tension, ainsi que latension continue et le flux de puissance, du côtébasse tension. La validation expérimentale duconvertisseur est réalisée avec un prototype de720 W monophasé à l’échelle réduite. Lesrésultats démontrent la stabilité du système decommande lors d'opérations en régimepermanent et dynamiques (pas de charge,inversion du flux de puissance).
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tel-02043239 , version 1 (20-02-2019)

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  • HAL Id : tel-02043239 , version 1

Cite

Davi Rabelo Joca. An AC-DC Topology Based on an Interleaved Modular Multilevel Converter Feasible to Solid-State Transformer Applications. Other. Université Paris Saclay (COmUE); Universidade federal do Ceará, 2019. English. ⟨NNT : 2019SACLC010⟩. ⟨tel-02043239⟩
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